Percobaan Cara Memilih Kalor Jenis Dengan Kalorimeter, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan

Ketika kita mencampurkan segelas air panas dengan segelas air dingin, maka suatu ketika akan didapatkan suhu akhir. Suhu simpulan ini berada di antara suhu air hambar dan suhu air panas. Demikian pula bila dua buah zat/benda dengan suhu berbeda, dicampurkan suatu ketika akan memiliki suhu yang sama.

Hal ini terjadi sebab benda dengan suhu tinggi akan melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan ini akan diserap oleh benda yang bersuhu lebih rendah. Jika kedua benda terisolasi dengan baik, maka jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang diterima. Pernyataan inilah yang disebut sebagai Asas Black.

Asas Black itu Bagaimana?

Asas Black merupakan bentuk lain dari Hukum Kekekalan Energi. Asas Black sanggup dituliskan dalam bentuk persamaan berikut.

QLepas = QTerima ………. Pers. (1)

Keterangan:

QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)

QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

Persamaan (1) menyatakan aturan kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Pengukuran kalor sering dilakukan untuk memilih kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan sanggup ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan memakai persamaan:

Q = mc∆T ……………… Pers. (2)

besarnya kalor sanggup dihitung. Ketika memakai persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat mendapatkan kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor.

Dengan memakai persamaan (2), maka persamaan (1) sanggup dijabarkan secara lebih spesifik sebagai berikut.

QLepas = QTerima

m1c1∆T1 = m2c2∆T2 ..… Pers. (3)

dengan ∆T1 = T – Takhir dan ∆T2 = Takhir – T maka kita mendapatkan persamaan berikut.

m1c1(T1 – Tc) = m2c2(Tc – T2) ….. Pers. (4)

Keterangan:

m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)

m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)

c1 = kalor jenis benda 1 (J/kgoC)

c2 = kalor jenis benda 2 (J/kgoC)

T1 = suhu mula-mula benda 1 (oC atau K)

T2 = suhu mula-mula benda 2 (oC atau K)

Tc = suhu simpulan atau suhu adonan (oC atau K)

Dengan memakai Asas Black, kita sanggup menghitung suhu simpulan dari dua buah benda atau zat yang dicampurkan. Selain itu, bila kalor jenis salah satu benda diketahui, kita sanggup mencari kalor jenis benda kedua. Alat yang dipakai untuk mencari kalor jenis benda atau zat yang memakai Asas Black adalah kalorimeter.

Apa itu Kalorimeter?

Kalorimeter ialah alat yang sanggup dipakai untuk mengukur kalor atau kalor jenis suatu bahan. Salah satu bentuk kalorimeter ialah kalorimeter ialah kalorimeter adonan yang secara sketsa tampak pada gambar di bawah ini.

Kalorimeter terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut.

□ Sebuah ember kecil terbuat dari logam tipis yang di gosok mengkilat. Bejana inilah yang dinamakan kalorimeternya.

□ Sebuah ember yang agak besar, untuk memasukkan kalorimeternya. Di antara kedua ember itu dipasang isolator yang berfungsi untuk mengurangi kehilangan kalor sebab dihantarkan atau dipancarkan sekitarnya.

□ Penutup dari isolator panas yang telah dilengkapi dengan termometer dan pengaduk. Pengaduk biasanya juga terbuat dari logam sejenis.

Percobaan Menentukan Kalor Jenis dengan Kalorimeter

A. Dasar Teori

Kalorimeter terdiri atas sebuah ember tembaga tipis yang dimasukkan ke dalam ember serupa yang lebih besar. Di antara keduanya diberi materi isolator, bisa berupa udara atau gabus. Bejana ini dilengkapi dengan tutup yang sanggup menutup sangat rapat yang diberi daerah untuk pengaduk dan termometer.

Pengukuran kalor jenis suatu benda, contohnya logam dilakukan dengan memasukkan logam panas ke dalam kalorimeter berisi air dingin. Ketika benda bercampur dengan air, suatu ketika akan didapatkan suhu simpulan campuran. Dengan memakai Asas Black, kita sanggup memilih kalor jenis suatu zat pada kalorimeter dengan memakai persamaan berikut.

mbcb(Tb – Tc) = maca(Tc – Ta) + mkck(Tc – Tk)

cb	=	maca(Tc – Ta) + mkck(Tc – Tk)
		mb(Tb – Tc)

Suhu awal air (Ta) sama dengan suhu awal kalorimeter (Tk) sehingga persamaan tersebut sanggup dituliskan sebagai berikut.

cb	=	(maca + mkck)(Tc – Ta)
		mb(Tb – Tc)

Keterangan:

mb = massa benda (kg)

ma = massa air (kg)

mk = massa kalorimeter (kg)

cb = kalor jenis benda (J/kgoC)

ca = kalor jenis air (J/kgoC)

ck = kalor jenis materi kalorimeter (J/kgoC)

Tb = suhu awal benda (oC)

Ta = suhu awal air (oC)

Tk = suhu adonan atau suhu simpulan (oC)

B. Tujuan Percobaan

Setelah melaksanakan percobaan ini, kalian diperlukan mampu:

1. Menggunakan kalorimeter dengan baik dan benar.

2. Menentukan kalor jenis suatu benda.

C. Alat dan Bahan

1. Bejana kalorimeter dan kelengkapannya

2. Termometer 3. Pemanas spritus

4. Logam berbentuk kubus (besi dan kuningan)

5. Gelas beker

6. Air

7. Kaki tiga

D. Langkah Kerja

1. Timbanglah ember kalorimeter kosong beserta pengaduknya. Isilah ember tersebut dengan air hingga hampir penuh. Timbang lagi kalorimeter sehabis berisi air.

2. Ukurlah suhu air di dalam kalorimeter. Catat sebagai suhu awal air dan suhu awal kalorimeter.

3. Siapkan pembakar spritus, gelas beker yang diisi air, dan logam yang akan diukur. Masukkan logam ke dalam gelas beker, lalu panaskan. Tunggu hingga air mendidih.

4. Ukurlah suhu air di dalam gelas beker pada ketika air mendidih sebagai suhu awal logam (tb).

5. Pindahkan logam secepatnya ke dalam kalorimeter dan tutup rapat-rapat sambil diaduk-aduk.

6. Catatlah suhu simpulan campuran.

7. Ulangilah langkah 1 – 5 sebanyak 3 kali. Kemudian ulangilah untuk jenis logam yang lain.

E. Pembahasan

1. Apakah tujuan kalorimeter diaduk?

2. Dengan memakai asas Black, hitunglah kalor jenis logam yang kalian ukur. Jangan lupa sertakan pula nilai ketidakpastiannya.

Buatlah laporan hasil eksperimen kalian. Kumpulkan balasannya kepada guru kalian.

Contoh Soal dan Pembahasan

Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu 5oC dengan 1 kg air teh yang suhunya 20oC. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi pada kedua benda, ces = 2.100 J/kgoC, dan cair = 4.200 J/kgoC, berapa suhu simpulan minuman tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

mes = 0,5 kg

Tes = -5oC

ces = 2.100 J/kgoC

mair = 1 kg

Tair = 20oC

cair = 4.200 J/kgoC

Ditanyakan: suhu simpulan adonan (Tc) = …?

Jawab:

Untuk mencari suhu campuran, gunakan persamaan berikut.

Qair = Qes

≫ mair × cair × ∆Tair = mes × ces× ∆Tes

≫ mair × cair × (Tair – Tc) = mes × ces× (Tc – Tes)

≫ 1 × 4.200 × (20 – Tc) = 0,5 × 2.100 × (Tc – (-5))

≫ 4.200(20 – Tc) = 1.050(Tc + 5)

≫ 420(20 – Tc) = 105(Tc + 5)

≫ 8.400 – 420Tc = 105Tc + 525

≫ 105Tc + 420Tc = 8.400 – 525

≫ 525Tc = 7.875

≫ Tc = 7.875/525

≫ Tc = 15

Jadi, suhu simpulan minuman tersebut ialah 15oC.

2. Sebuah logam bermassa 0,2 kg dipanaskan hingga 200oC. Kemudian, logam itu dimasukkan pada 450 g air dengan suhu 25oC yang ditempatkan pada ember kalorimetere aluminium 200 g. Ditemukan suhu simpulan adonan ialah 40oC. Jika kalor jenis air 4.200 J/kgoC dan kalor jenis materi kalorimeter 900 J/kgoC, hitunglah kalor jenis logam tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

mlog = 0,2 kg

Tlog = 200oC

Tair = Tkal = 25oC

mair = 450 g = 0,45 kg

cair = 4.200 J/kgoC

mkal = 200 g = 0,2 kg

ckal = 900 J/kgoC

Tc = 40oC

Ditanyakan: kalor jenis logam (clog) = …?

Jawab:

Untuk mencari kalor jenis logam, kita gunakan persamaan berikut.

≫ clog	=	(maircair + mkalckal)(Tc – Tair)
		mlog(Tlog – Tc)

≫ clog	=	(0,45 × 4.200 + 0,2 × 900)(40 – 25)
		0,2(200 – 40)

≫ clog	=	(1.890 + 180)(15)
		0,2(160)

≫ clog	=	(2070)(15)
		32

≫ clog	=	31.050
		32

≫ clog

=

970,3125

Dengan demikian, kalor jenis logam tersebut ialah 970,31 J/kgoC.